無線傳感網(wǎng)中基于能量的多信道接入分簇成鏈算法的研究與設(shè)計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)撒布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點協(xié)作感知、采集、處理和傳輸監(jiān)測信息的無線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)如今其已在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、搶險救災(zāi)等各個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
　　 傳感器網(wǎng)絡(luò)特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達(dá)的區(qū)域,然而這給其節(jié)點能量的補(bǔ)給帶來了很大的困難,因此,低功耗技術(shù)一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重點。
　　 分簇算法被認(rèn)為是目前為止傳感網(wǎng)中最有效的協(xié)議,因此本文以節(jié)能為前提,對基于能量的無線傳感網(wǎng)分

2、簇算法的研究現(xiàn)狀展開分析:在路由層,一般分簇算法能耗在簇首處過分集中,且需要頻繁的簇重構(gòu);鏈?zhǔn)剿惴ㄒ仔纬删植块L鏈,同時存在傳輸時延大的缺陷。在Mac層,現(xiàn)有分簇算法大多采用單信道接入,沖突嚴(yán)重,降低了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的同時帶來了能量浪費;一般分簇算法采用的TDMA時隙分配的方式加重了簇首的負(fù)擔(dān):鏈?zhǔn)剿惴ú捎昧钆茩C(jī)制不利于有效休眠機(jī)制的引入,同時令牌的傳遞增加了額外開銷。另外,如今大多數(shù)無線傳感網(wǎng)算法研究中都忽略了電池復(fù)雜的充放電特性,本文對此

3、進(jìn)行了詳盡的分析,并確定了最終采用的電池能耗模型。
　　 鑒于無線傳感網(wǎng)(WSN)很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性,本文針對小規(guī)模周期性報告的應(yīng)用場景,提出一種新的算法MC-LC-HEED。該算法以HEED為基礎(chǔ),在路由層簇內(nèi)引入貪婪算法形成鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu),各鏈上剩余能量最大的節(jié)點擔(dān)任簇首,負(fù)責(zé)收集匯聚由鏈兩端逐跳傳遞而來的數(shù)據(jù)。該方式縮短了節(jié)點間的通信距離,減小發(fā)送功率,改善一般分簇算法中能耗在簇首過分集中的問題,使全網(wǎng)能量更加均衡。另外結(jié)合M

4、AC層FDMA多信道接入機(jī)制,各簇同時進(jìn)行數(shù)據(jù)收集而不發(fā)生碰撞沖突,節(jié)能并降低時延,同時本文針對MC-LC-HEED算法特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計了一種簇內(nèi)固定TDMA時隙自動計算分配的方式,無需每次簇首輪換時為各節(jié)點重新分配接入時隙,發(fā)送分配消息。此外,算法還綜合考慮了電池的充放電特性,避免節(jié)點過度放電,給予電池充分休息以恢復(fù)其表面活性物質(zhì)濃度差。
　　 本文的最后,通討NS-3仿真平臺對MC-HEED、MC-BAR-HEED以及MC

5、-LC-HEED算法的性能指標(biāo)進(jìn)行對比驗證。仿真結(jié)果表明,MC-LC-HEED在以下幾個方面都表現(xiàn)出更為出色的效果:在網(wǎng)絡(luò)生存時間方面,MC-LC-HEED算法比MC-HEED和Mc-BAR-HEED分別提高了約70％和20％;能量均衡方面,MC-HEED及MC-BAR-HEED算法在全網(wǎng)40％節(jié)點死亡時,其余存活節(jié)點仍擁有不同程度的較高剩余能量,而此時MC-LC-HEED算法的其余節(jié)點幾乎同時頻臨死亡的邊緣;另外,MC-BAR-HEE